AR/VR/MR(统称为XR)眼镜是光学和材料技术的集大成者,而PVD和ALD镀膜技术正是实现其高性能、小型化和耐用性的关键所在。
XR设备对光学系统提出了极致的要求:高透光、高清晰、轻量化、薄型化、耐用性强。PVD和ALD技术能在原子/分子层面精确控制薄膜,从而满足这些苛刻需求。
PVD:主要用于沉积较厚的功能膜层,效率高,是光学薄膜(如AR/IR膜)的主流技术。
ALD:主要用于沉积超薄、保形性极佳、无针孔的纳米膜层,在复杂3D结构上表现优异。
这是PVD/ALD技术的核心应用领域。
1. 组合透镜
挑战:XR设备的“ pancake ”光学方案使用多个透镜,每个空气-玻璃界面都会产生约4%的反射,导致光损失、鬼影和眩光。
解决方案:
PVD 宽带抗反射膜:在透镜上沉积多层氧化物薄膜(如SiO₂, TiO₂, Nb₂O₅),通过精确的光学设计,在可见光范围内实现 >99.5% 的极高透光率。这是目前的主流方案。
ALD 抗反射膜:通过交替沉积两种材料(如Al₂O₃/TiO₂),可以构建梯度折射率膜层,实现更宽波段、更低反射率的效果,性能更优,但成本较高。
2. 波导
挑战:波导是AR眼镜的核心,其上的耦入、耦出区域需要极高的膜层均匀性和精度,以实现高图像质量和低杂散光。
PVD 沉积光学膜:用于制备波导上的反射或衍射光学元件所需的膜层。
ALD 保护膜:在脆弱的波导表面(尤其是衍射光波导)沉积一层超薄、致密的Al₂O₃或SiO₂膜,可以显著提升其耐刮擦、抗潮湿、抗化学腐蚀的能力,延长寿命。
3. 偏振片与相位延迟片
挑战:Pancake方案依赖偏振光学,这些薄膜通常由有机材料制成,易划伤、怕潮湿。
ALD 超薄膜封装:在偏振片表面沉积一层几十纳米的Al₂O₃膜,可以极大地阻隔水汽和氧气,防止其老化、失效,同时几乎不改变其光学性能。这是保证光学模组可靠性的关键。
1. 微显示屏
OLEDoS/Micro-LED:这些微型显示屏对水氧极为敏感。
ALD 薄膜封装:这是目前最先进、最有效的技术。在显示屏表面沉积多层(如Al₂O₃/ZrO₂)纳米叠层,形成完美的水氧阻隔层,确保显示屏的长寿命。
2. 深度传感器/ToF传感器
挑战:传感器窗口玻璃需要同时具备红外透过和可见光截止的功能。
PVD 红外带通滤光片:沉积多层介质膜,精确控制特定红外波段(如850nm, 940nm)的高透过,并截止可见光,防止环境光干扰。